水平与竖向强震作用下混凝土框架结构抗剪性能研究学习教案

1、会计学1水平与竖向强震作用水平与竖向强震作用(zuyng)下混凝土下混凝土框架结构抗剪性能研究框架结构抗剪性能研究第一页，共30页。2选题背景(bijng)及研究意义 近年的地震震害统计表明，不少建筑的破坏有竖向地震作用的痕迹(hnj)。典型的破坏模式：建筑结构的坐层倒塌。 日本(r bn)阪神地震（1995） 中国汶川地震（2008）第2页/共30页第二页，共30页。3选题背景及研究(ynji)意义 坐层倒塌(dot)：偏移坐层与坍落坐层坍落坐层：框架柱的压溃破坏或者抗剪失效，为脆性坐层倒塌(dot)。1、地震发生的频率2、我国地处(d ch)两大地震带之间3、我国人口密度大、城市化速度快研

2、究脆性倒塌形研究脆性倒塌形成机理很有必要成机理很有必要混凝土结构抗剪混凝土结构抗剪性能性能研究是重点研究是重点倒塌发生概率倒塌发生概率倒塌的危害性倒塌的危害性增增加加第3页/共30页第三页，共30页。4研究现状抗剪失效坐层震害调查(dio ch)及解析研究震害震害调查调查(dio ch)解析解析(ji x)研研究究1985年墨西哥8.1级地震、1995年日本阪神地震2008年中国汶川地震、2010年智利康塞普西翁地震不少建筑结构出现中间层或底层整体坐层倒塌不少建筑结构出现中间层或底层整体坐层倒塌日本学者解析阪神地震中坐层主要为抗剪失效倒塌抗剪承载力的损失而引起的竖向承载力损失抗剪失效因素：抗剪

3、失效因素：剪跨比、配筋率、不规则（刚度或强度）、竖向与水平速度脉冲强震作用第4页/共30页第四页，共30页。5研究现状竖向地震(dzhn)对RC柱抗剪承载力影响研究1.1.王家王家(wn ji)(wn ji)辉辉26262.Nakamura2.Nakamura2727基于轴向静力加载试验得出结论：混凝土框架柱抗剪承载力随着(su zhe)轴压比的增加呈先增加后减小变化趋势，当轴压比很大时，抗剪承载力完全损失。基于动力加载的试验表明：轴向荷载水平及荷载时程是混凝土柱破坏形态的重要影响因素，框架结构发生倒塌破坏时抗剪承载会完全消失。第5页/共30页第五页，共30页。6研究(ynji)现状竖向地震对

4、RC柱抗剪承载力影响研究(ynji)3.Kunnath28混凝土桥墩的抗剪承载力在竖向速度脉冲地震作用(zuyng)下有明显的削弱。4.Brown32通过振动台增量动力时程试验研究了近断层地震对桥墩抗剪性能的影响，结果表明桥墩柱在竖向速度脉冲地震作用(zuyng)下更加容易发生脆性剪切失效。5.Sarno32研究速度脉冲地震作用下混凝土柱的抗剪能力与需求比，结果表明峰值比会引起柱轴力的显著变化，进而引起抗剪能力与需求比之间的变化。第6页/共30页第六页，共30页。7研究现状(xinzhung)竖向地震对RC柱抗剪承载力影响研究从最近国内外的研究报道来看，现有的研究主要集中于桥梁结构或构件的抗剪

5、性能研究。然而建筑结构与桥梁结构的动力特性差异：竖向振动周期小、框架柱轴压比大、剪跨比小在现有的研究基础上，深入解析混凝土框架结构剪切失效(sh xio)坐层倒塌的机理依然是重要课题。第7页/共30页第七页，共30页。8研究(ynji)内容近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究近断层竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究 以以1010层平面框架结构为动力时程分析对象，分析竖层平面框架结构为动力时程分析对象，分析竖向地震强度以及竖向地震与水平地震频谱特性差异对框架向地震强度以及竖向地震与水平地震频谱特性差异对框架柱轴力分布模式的影响。柱轴力分布模式的影响。水平与竖向强震作用下混凝土

6、框架结构抗剪性能研究水平与竖向强震作用下混凝土框架结构抗剪性能研究 以以5 5层平面大跨框架结构为动力时程分析对象，采层平面大跨框架结构为动力时程分析对象，采用正交试验方法，分析水平与竖向地震作用下框架梁、柱用正交试验方法，分析水平与竖向地震作用下框架梁、柱抗剪性能系数抗剪性能系数(xsh)(xsh)与峰值比、剪跨比、竖向振动周与峰值比、剪跨比、竖向振动周期以及初始轴压比之间的关系，并对梁、柱抗剪性能做对期以及初始轴压比之间的关系，并对梁、柱抗剪性能做对比分析。比分析。第8页/共30页第八页，共30页。9近断层竖向强震作用近断层竖向强震作用(zuyng)下混凝土框架柱轴力分布模式研究下混凝土框

7、架柱轴力分布模式研究 水平(shupng)周期:1.047s竖向周期:0.104s初始轴压比:0.53软件:SeismoStruct数值数值(shz)模型模型第9页/共30页第九页，共30页。10近断层竖向强震作用下混凝土框架近断层竖向强震作用下混凝土框架(kun ji)柱轴力分布模式研柱轴力分布模式研究究 水平地震强度PGAH(g)竖向地震强度PGAV（g）0.2g(中度)0g0.2g0.4g0.6g0.8g1.0g0.4g(罕遇)0g0.2g0.4g0.6g0.8g1.0g地震波选取：近断层(duncng)（R30km）5组地震波竖向地震动输入模式：1、采用原始竖向地震波输入； 2、采用水

8、平地震波作为输入。第10页/共30页第十页，共30页。11近断层竖向强震作用下混凝土框架近断层竖向强震作用下混凝土框架(kun ji)柱轴力分布模式研究柱轴力分布模式研究 中震框架中震框架(kun ji)柱轴压柱轴压力分布力分布左边(zu bian)柱左中柱第11页/共30页第十一页，共30页。12近断层竖向强震作用近断层竖向强震作用(zuyng)下混凝土框架柱轴力分布模式研究下混凝土框架柱轴力分布模式研究 中震框架柱轴拉力中震框架柱轴拉力(ll)分布分布左边(zu bian)柱左中柱第12页/共30页第十二页，共30页。13近断层竖向强震作用下混凝土框架近断层竖向强震作用下混凝土框架(kun

9、 ji)柱轴力分布模式研究柱轴力分布模式研究 罕遇地震罕遇地震(dzhn)框架柱轴压框架柱轴压力分布力分布左边(zu bian)柱左中柱第13页/共30页第十三页，共30页。14近断层竖向强震作用近断层竖向强震作用(zuyng)下混凝土框架柱轴力分布模式研下混凝土框架柱轴力分布模式研究究 罕遇地震框架罕遇地震框架(kun ji)柱柱轴拉力分布轴拉力分布左边(zu bian)柱左中柱第14页/共30页第十四页，共30页。15近断层近断层(duncng)竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究竖向强震作用下混凝土框架柱轴力分布模式研究 竖向地震输入模式对框架柱轴压力竖向地震输入模式对框架柱轴压力

10、(yl)分布分布左边(zu bian)柱左中柱第15页/共30页第十五页，共30页。16近断层竖向强震作用近断层竖向强震作用(zuyng)下混凝土框架柱轴力分布模式研究下混凝土框架柱轴力分布模式研究 竖向地震输入模式对框架竖向地震输入模式对框架(kun ji)柱轴拉力分柱轴拉力分布布左边(zu bian)柱左中柱第16页/共30页第十六页，共30页。17水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能(xngnng)研究研究 数值数值(shz)模型和工况设置模型和工况设置峰值比(V/H)剪跨比竖向周期（Tv/s）初始轴压比01.50.160.350.52

11、.00.170.41.02.50.180.451.53.00.190.502.03.50.200.55工况设计方法：正交设计方法框架(kun ji)设计：框架(kun ji)柱抗剪承载/框架(kun ji)梁抗剪承载力约为1.66第17页/共30页第十七页，共30页。18水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能水平与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能(xngnng)研究研究 参数参数(cnsh)分析分析研究对象：底层梁、柱抗剪性能(xngnng)：能力/需求抗剪公式：0010.6svbcvtyvREAVf bhfhs0011.050.0561svctyvREAVf bhfhNs0011

12、.050.21svctyvREAVf bhfhNs动态抗剪性能示意第18页/共30页第十八页，共30页。19水平与竖向强震作用下混凝土框架水平与竖向强震作用下混凝土框架(kun ji)梁、柱抗剪性能研梁、柱抗剪性能研究究 参数分析参数分析(fnx)峰值比的影响峰值比的影响框架(kun ji)梁框架柱第19页/共30页第十九页，共30页。20水平水平(shupng)与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究 参数分析参数分析(fnx)剪跨比的影响剪跨比的影响框架(kun ji)梁框架柱第20页/共30页第二十页，共30页。21水平与竖向强震作用水平与

13、竖向强震作用(zuyng)下混凝土框架梁、柱抗剪性能研下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究究 参数参数(cnsh)分析分析竖向周期的影响竖向周期的影响框架(kun ji)梁框架柱第21页/共30页第二十一页，共30页。22水平与竖向强震作用水平与竖向强震作用(zuyng)下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究 参数分析参数分析初始初始(ch sh)轴压比的影响轴压比的影响框架(kun ji)梁框架柱第22页/共30页第二十二页，共30页。23水平水平(shupng)与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究 框架框架(kun ji)

14、梁、柱抗剪性能的对比梁、柱抗剪性能的对比强梁弱柱：仅柱出现强梁弱柱：仅柱出现(chxin)抗剪失效抗剪失效第23页/共30页第二十三页，共30页。24水平水平(shupng)与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究与竖向强震作用下混凝土框架梁、柱抗剪性能研究 框架框架(kun ji)梁、柱抗剪性能的对比梁、柱抗剪性能的对比梁先于或与柱同时发生梁先于或与柱同时发生(fshng)抗抗剪失效剪失效第24页/共30页第二十四页，共30页。25水平与竖向强震作用下混凝土框架水平与竖向强震作用下混凝土框架(kun ji)梁、柱抗剪性能研究梁、柱抗剪性能研究 框架梁、柱抗剪性能框架梁、柱抗剪性能(xng

15、nng)的对比的对比强梁强梁(qingling)弱柱：柱先于梁发生抗剪弱柱：柱先于梁发生抗剪失效失效第25页/共30页第二十五页，共30页。26研究结论(jiln)与展望 （1）当竖向地震作用强度较大时，框架(kun ji)柱出现的最大轴压力能达到初始值轴压力的23倍；有较多楼层的框架(kun ji)柱出现拉力，边柱最大拉力一般出现在下部楼层，而中间柱最大拉力出现在中部楼层。竖向地震作用对混凝土框架(kun ji)结构上部柱的影响大于下部柱，对边柱的影响大于中间柱，竖向地震作用强度比双向地震加速度峰值比对混凝土框架(kun ji)柱轴力的影响大。 （2）竖向地震频率特征对框架(kun ji)柱

16、轴力有很大影响，抗震规范建议通过缩放水平地震记录而获得竖向地震记录的方式进行竖向地震响应分析，可能低估竖向地震对结构动力反应的影响。 第26页/共30页第二十六页，共30页。27研究结论(jiln)与展望 (3) 随着峰值加速度比的增加，框架梁、柱的抗剪性能系数呈减小趋势；混凝土框架梁、柱抗剪性能系数随着剪跨比的增大呈先增大后减小的变化趋势，当剪跨比为3.0时，梁和柱的抗剪性能系数达到峰值；结构的竖向振动周期的增大对框架梁、柱的抗剪性能有明显的削弱作用；随着框架柱的初始轴压比的增加，框架梁、柱的抗剪性能系数呈先增大后减小的变化趋势，梁和柱的抗剪性能系数峰值分别(fnbi)出现在轴压比为0.45与0.40时。 (4) 水平与竖向强震联合作用下，混凝土框架结构可能发生柱先于梁发生剪切破坏的“强梁弱柱”失效模式。 第27页/共30页第二十七页，共30页。28研究(ynji)结论与展望 (1) 内容二进行(jnxng)正交表设计时，没有考虑各参数水平之间的交互影响，后续相关研究应对正交表进行(jnxng)改进，考察各